Danuta Figurska-Ciura, Agata Gruszka, Dagmara Orzeł, Marzena Styczyńska, Karolina Łoźna, Artur Gryszkin1, Jadwiga Biernat
WPŁYW PREPARATU SKROBI OPORNEJ RS4 DODAWANEGO DO DIET
O ZRÓŻNICOWANEJ ZAWARTOŚCI BIAŁKA I ŻELAZA NA ZAWARTOŚĆ SKŁADNIKÓW MINERALNYCH
W KOŚCIACH I SIERŚCI SZCZURÓW
Katedra Żywienia Człowieka Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu
Kierownik: dr hab. M. Bronkowska
1 Katedra Technologii Rolnej i Przechowalnictwa
Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu Kierownik: prof. dr hab. A. Golachowski
Badano wpływ preparatu skrobi opornej RS4, dodawanego do diet o zróż-nicowanej zawartości białka i żelaza na zawartość żelaza, wapnia i magnezu w kościach oraz sierści szczurów doświadczalnych. Doświadczenie przeprowa-dzono na szczurach rasy Wistar, karmionych paszą o zróżnicowanej zawartości białka i żelaza bez lub z dodatkiem skrobi opornej RS4. Oznaczono zawartość wapnia, magnezu i żelaza w kościach i sierści zwierząt metodą płomieniowej absorpcyjnej lub emisyjnej spektrometrii atomowej.
Słowa kluczowe: skrobia oporna RS4, białko, żelazo, szczury doświadczalne. Key words: RS4 resistant starch, protein, iron, laboratory rats.
Jednym ze składników żywności, który może modyfi kować wchłanianie pier-wiastków mineralnych z diety, jest skrobia oporna (Resistant Starch – RS). Jest to frakcja skrobi, która nie jest całkowicie trawiona w jelicie cienkim i w formie nie-naruszonej lub w postaci wielkocząsteczkowych produktów częściowej hydrolizy, przechodzi do jelita grubego (1). Skrobia ta, ze względu na potencjalne właściwości prozdrowotne, stała się przedmiotem licznych badań (1, 2, 3). W odniesieniu do metabolizmu składników mineralnych skrobia oporna odznacza się właściwościa-mi odwłaściwościa-miennywłaściwościa-mi od innych frakcji błonnika pokarmowego. Zwiększone spożycie różnych frakcji błonnika na ogół ogranicza wchłanianie pierwiastków mineralnych, natomiast wyniki badań wskazują, że skrobia oporna zwiększa przyswajalność, takich składników mineralnych jak, wapń, fosfor, żelazo, magnez, cynk i miedź (3). Wyróżnia się cztery rodzaje skrobi opornej, typu 1 (RS1), typu 2 (RS2), typu 3 (RS3) oraz typu 4 (RS4) (2). RS4 to skrobia, która została poddana modyfi kacjom chemicznym lub fi zycznym. Jej oporność wynika ze zmian w składzie i strukturze cząsteczki pod wpływem procesów estryfi kacji, oksydacji, hydrolizy, sieciowania i działania termicznego (4, 5). Podczas modyfi kacji chemicznej zachodzi proces
podstawienia grup wodorotlenowych, a pierścień piranozowy nie ulega zniszczeniu. Modyfi kacjom chemicznym poddaje się również skrobię retrogradowaną. W pro-cesie retrogradacji dochodzi do łączenia się łańcuchów amylozowych w roztworze wodnym. Fizyczne modyfi kacje skrobi polegają przede wszystkim na tworzeniu agregatów polisacharydowych i obejmują obróbkę hydrotermiczną prowadzącą do zniszczenia struktury ziaren skrobi oraz ich skleikowania (6).
Właściwości fi zjologiczne skrobi opornej, wynikają głównie z jej korzystnego wpływu na pracę układu pokarmowego człowieka. Skrobia oporna jest składni-kiem żywności zwiększającym jej masę i jednocześnie obniżającym wartość ener-getyczną (7). Spożywanie produktów, zawierających skrobię nieulegającą trawieniu, powoduje obniżenie poziomu glukozy we krwi (1) oraz insuliny potrzebnej do jej metabolizowania (4). Skrobia oporna wypełnia przewód pokarmowy w większym stopniu niż zwykła skrobia, skraca czas pasażu jelitowego oraz zapobiega zapar-ciom zwiększając masę i objętość kału. Niestrawiona w jelicie cienkim trafi a do jelita grubego, gdzie zostaje wykorzystana przez mikrofl orę jelitową w procesie fermentacji, w wyniku której powstają związki lotne tj. wodór, metan, dwutlenek węgla oraz krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe (8, 9). Pod wpływem wytwarza-nych kwasów następuje obniżenie pH treści jelita grubego, co prowadzi do selekcji zamieszkujących je drobnoustrojów. Następuje stymulacja wzrostu szeregu ko-rzystnych bakterii m.in. Lactobacillus i eliminacja drobnoustrojów patogennych. Prawdopodobnie wzrost kwasowości treści jelitowej jest też przyczyną lepszego wchłaniania składników mineralnych z diety. Powstałe w wyniku fermentacji kwasy obniżają stężenie cholesterolu, zwłaszcza frakcji LDL oraz triacylogliceroli we krwi i wątrobie. Skrobia oporna powoduje również obniżenie ilości mocznika we krwi. Powstający w procesie fermentacji kwas masłowy zapobiega powstawaniu komórek nowotworowych w jelicie grubym (10, 11).
Obniżenie pH w treści jelita grubego sprzyja dysocjacji związków mineralnych i wzrostowi liczby zjonizowanych form pierwiastków, które są łatwiej przyswajal-ne. Krótkołańcuchowe kwasy tłuszczowe stymulują również wydłużenie pasażu jelitowego, rozrost ścian jelita oraz zwiększają ich ukrwienie, co zwiększa rozpusz-czalność jonów i ich wchłanianie (3). Podobny wpływ, na wchłanianie pierwiastków mineralnych mają wykazujące właściwości prebiotyczne oligosacharydy, które nie są trawione, ale stanowią pożywkę dla pożądanych bakterii przewodu pokarmowego stymulując ich rozwój (12, 13). Zainteresowanie skrobią oporną jako składnikiem diety ważnym w prewencji chorób żywieniowo zależnych systematycznie wzrasta. W tym kontekście pożądane jest badanie właściwości różnych rodzajów skrobi opor-nej o potencjalnym zastosowaniu jako składnika żywności funkcjonalopor-nej, nowej lub wygodnej.
Białko jest również składnikiem modyfi kującym przyswajalność składników mi-neralnych np. wapnia i magnezu z pożywienia. Korzystny wpływ na bioprzyswa-jalność żelaza mają np. białka występujące w mięsie, natomiast białka pochodzące z mleka i produktów mlecznych, m.in. kazeina, lub białka sojowe wpływają nieko-rzystnie na przyswajalność tego pierwiastka (13).
Celem badań było określenie wpływu preparatu ziemniaczanej skrobi opornej RS4 w postaci fosforanu monoskrobiowego wytworzonego z rozpuszczalnej skrobi ziemniaczanej i dodawanego do diet o zróżnicowanej zawartości białka i żelaza
na zawartość żelaza, wapnia i magnezu w kościach i sierści szczurów doświad-czalnych.
MATERIAŁ I METODY
Badania biologiczne zostały przeprowadzone w warunkach hodowli zgodnie z wymogami określonymi przez II Lokalną Komisję Etyczną ds. Doświadczeń na Zwierzętach przy Uniwersytecie Przyrodniczym we Wrocławiu (nr zgody 103/07). Badania stanowiły część projektu, w którym oceniano wpływ skrobi opornej na gospodarkę mineralną u zwierząt otrzymujących diety o zróżnicowanej zawarto-ści makroskładników i składników mineralnych (14). Doświadczenie prowadzo-no na 64 szczurach – samcach rasy Wistar. Zwierzęta, 6 – 8-tygodniowe, o masie początkowej ok. 200 g zostały podzielone losowo na 8 grup eksperymentalnych (I, II, III, IV, Ia, IIa, IIIa, IVa) po 8 osobników w każdej. W zwierzętarni panowało naturalne oświetlenie, temp. ok. 22˚C i wilgotność ok. 60%. Eksperyment trwał 4 tygodnie. W tym czasie zwierzęta miały nieograniczony dostęp do odpowiednich diet doświadczalnych oraz wody. Spożycie paszy oraz wody kontrolowane było co-dziennie, natomiast raz w tygodniu kontrolowano masę ciała badanych zwierząt. Po zakończeniu doświadczenia szczury usypiano mieszaniną ketaminy i ksylazyny. Pobierano prawą tylną kończynę oraz sierść z czterech obszarów ciała zwierząt: śródbrzusza, lewej kończyny, karku wycinając powierzchnię ok. 2 – 3 cm2. Pobrany
materiał biologiczny zamrażano w temp. –18˚C do czasu oznaczania pierwiastków mineralnych. Każda z grup zwierząt otrzymywała paszę o innym składzie. Grupie kontrolnej podawano standardową dietę dla gryzoni laboratoryjnych AIN-93M (15).
T a b e l a I. Skład diet w grupach doświadczalnych T a b l e I. The composition of diet in the experimental groups
Składnik diety
Grupa doświadczalna
I Ia II IIa III IIIa IV IVa
zawartość w diecie (g/kg) Skrobia pszenna 620 520 620 520 690 590 690 590 RS4 0 100 0 100 0 100 0 100 Sacharoza 100 Kazeina 140 140 140 140 70 70 70 70 Celuloza 50 Olej sojowy 40 AIN-93M 35 35 35* 35* 35 35 35* 35* AIN-93 VX 10 Cholina 2,5 Cysteina 1,8
Pozostałe diety w grupach doświadczalnych zostały zmodyfi kowane pod względem zawartości białka (B) i żelaza (Fe) oraz dodatku skrobi opornej (RS4) w postaci fo-sforanu monoskrobiowego. Modyfi kacja ta polegała na obniżeniu zawartości białka i/lub żelaza o 50% w stosunku do ilości zalecanej dla gryzoni laboratoryjnych oraz zastosowaniu 10% dodatku skrobi opornej RS4 zgodnie ze schematem przedstawio-nym w tab. I. Dodawany preparat skrobi wytworzono w Katedrze Technologii Rolnej i Przechowalnictwa Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, z rozpuszczalnej skrobi ziemniaczanej.
Sierść i kości udowe szczurów rozmrażano w temperaturze pokojowej, a następ-nie kości oczyszczano dokładnastęp-nie z tkanki mięśniowej. Oznaczenia wykonywano w jednej próbie kości (cała kość udowa ok. 0,5 g) i dwóch próbach sierści (ok. 0,1 g), które odważono w naczyniach mineralizatora. Próby mineralizowano w 65% kwasie azotowym (5 cm3) z dodatkiem nadtlenku wodoru (1 cm3). Do materiału
biologicznego znajdującego się w naczyniach dodawano kwas azotowy i nadtlenek wodoru a następnie próby kości pozostawiano na ok. 24 godz., a próby sierści na ok. 2 godz. w celu wstępnego rozpuszczenia. Mineralizację próbek prowadzono w piecu mikrofalowym MARS 5 w wysokociśnieniowym, mikrofalowym systemie zamkniętym z kontrolą temperatury, zgodnie z programem dostosowanym do rodza-ju próbki. Mineralizat studzono, przenoszono ilościowo do fi olki kalibrowanej poj. 10 cm3 i uzupełniano wodą bidestylowaną. Zawartość żelaza i magnezu oznaczano
metodą absorpcyjnej spektrometrii atomowej, a wapnia emisyjnej spektrometrii ato-mowej zgodnie z następującymi parametrami pracy aparatu VARIAN SPECTRA AA240 FS: dł. fali (nm): żelazo – 372, magnez – 285,2, wapń – 422,7, zakres detekcji (μg/cm3) żelazo 1 – 1000, magnez – 0,03 – 1, wapń – 0,01 – 3.
W celu przeprowadzenia oceny statystycznej uzyskanych wyników wykonano trzyczynnikową analizę wariancji ANOVA, za pomocą programu komputerowego „Statistica 9.1 PL” fi rmy StatSoft Inc., USA. Wobec odrzucenia hipotezy o normal-ności rozkładu otrzymanych wyników i/lub równormal-ności wariancji w porównywanych grupach do testowania różnic przy poziomie istotności <0,05 wykorzystano test mediany Kruskala-Walissa. W poszczególnych grupach przedstawiono warości mi-nimalne i maksymalne, mediany (Me) oraz wartość pierwszego (Q1) i trzeciego (Q3)
kwartyla.
WYNIKI I ICH OMÓWIENIE
W trakcie eksperymentu nie stwierdzono zmian w wyglądzie oraz zachowa-niu zwierząt doświadczalnych. Przyrosty masy ciała zwierząt nie różniły się sta-tystycznie istotnie w badanych grupach, a zatem można stwierdzić, że dodanie skrobi opornej do diet, jak również modyfi kacje ilości białka i żelaza zastosowane w eksperymencie nie wpływały znacząco na rozwój szczurów doświadczalnych. Przyrosty masy ciała zwierząt wyrażone jako mediana mieściły się w granicach od 30 g do 55 g. Najwyższy przyrost stwierdzono w I grupie zwierząt (kontrol-nej), która karmiona była paszą pokrywającą 100% zapotrzebowania na białko oraz żelazo, bez dodatku preparatu skrobi opornej. Najniższy przyrost masy ciała zwierząt – 30 g, wykazano w grupie szczurów otrzymującej dietę
pokrywają-cą 50% zapotrzebowania na białko i 50% zapotrzebowania na żelazo. Podobne wyniki uzyskała Grajeta i współpr. (5) badając wpływ skrobi opornej RS4 na zawartość wapnia w osoczu krwi i kości udowej oraz na jego absorpcję i retencję pozorną, w podobnych warunkach eksperymentalnych, przy zastosowaniu dodat-ku skrobi opornej RS4 w postaci skrobi ziemniaczanej modyfi kowanej chemicznie przez estryfi kację solami kwasu fosforowego oraz wapnia w ilości 0,8% i 1,3% diety. W badaniach Trautwein’a i współpr. (16) nie stwierdzono wpływu skrobi opornej RS1, RS2 oraz RS3 na przyrost masy ciała zwierząt doświadczalnych. W badaniach prowadzonych przez Delahaye’a i współpr. (17) oraz Figurską-Ciurę i współpr. (18), stwierdzono natomiast istotnie niższe przyrosty masy ciała w gru-pach zwierząt otrzymujących różne rodzaje skrobi opornych, w porównaniu do grup kontrolnych.
W tab. II – VII przedstawiono wpływ zróżnicowanych zawartości białka i żelaza w diecie oraz dodatku skrobi opornej, a także interakcji pomiędzy tymi czynnika-mi doświadczalnyczynnika-mi na zawartość żelaza, magnezu i wapnia w kościach i sierści szczurów doświadczalnych. Ilość żelaza, magnezu oraz wapnia w kości udowej oraz sierści przedstawiono w postaci mediany w mg/g badanej tkanki. Mediany zawarto-ści żelaza zarówno w kozawarto-ściach, jak i w sierzawarto-ści miezawarto-ściły się w granicach 0,008 – 0,016 mg/g tkanki. Ilość magnezu w kościach zwierząt wynosiła od 2,60 do 3,03 mg/g, zaś w sierści od 0,070 do 0,079 mg/g. Zawartość wapnia w kościach wynosiła od 115,2 do 132,3 mg/g, zaś w sierści od 0,268 do 0,437 mg/g.
Na podstawie analizy statystycznej stwierdzono, że dodatek preparatu skrobi opornej RS4 do diety powodował istotne obniżenie zawartości żelaza w kościach zwierząt (tab. II). Zaobserwowano również wpływ interakcji pomiędzy dwoma czynnikami doświadczalnymi: dodatkiem skrobi opornej RS4 i zróżnicowaną za-wartością białka, a także skrobią oporną RS4 i różną zaza-wartością żelaza w diecie na zawartość żelaza w kościach szczurów (tab. III). W przypadku pierwszej interakcji najniższą zawartość tego pierwiastka w tkankach – 0,008 mg/g, stwierdzono u zwie-rząt karmionych paszą o obniżonej zawartości białka i z dodatkiem skrobi opornej RS4. W przypadku drugiej interakcji najniższą zawartość pierwiastka w kościach – 0,010 mg/g, wykazano w grupie zwierząt karmionych paszą z dodatkiem skrobi opornej RS4 oraz 100 % zawartością żelaza. Najwyższe zawartości żelaza – 0,015 mg/g i 0,016 mg/g, stwierdzono u szczurów otrzymujących pasze bez dodatku skrobi opornej RS4. Zaobserwowano także wpływ interakcji pomiędzy trzema czynnikami doświadczalnymi, dodatkiem skrobi opornej, oraz zróżnicowaną zawartością białka i żelaza w dietach na zawartość żelaza w kościach (tab. IV). Najniższą zawartość tego pierwiastka – 0,008 mg/g wykazano w grupie zwierząt karmionych dietą z ob-niżoną o 50 % zawartością białka, 100 % zawartości żelaza, z dodatkiem skrobi opornej RS4, natomiast najwyższą zawartością – 0,017 mg/g w grupie karmionej tą samą dietą, ale bez dodatku skrobi opornej RS4.
Lopez i współpr. (3) przeprowadzili doświadczenie, w którym badali wpływ skro-bi opornej RS2 na zawartość składników mineralnych w kościach samców szczurów rasy Wistar Autorzy stwierdzili, że zwierzęta karmione dietą zawierającą skrobię oporną miały zwiększoną zawartość żelaza w kości udowej. Może to świadczyć o zróżnicowanym wpływie różnych rodzajów skrobi opornej na gospodarkę mine-ralną w organizmie zwierząt.
T a b e la I I. W p ły w c z y n n ikó w d o ś w ia d c z a ln y c h n a z a w a rt o ś ć s k ła d n ik ó w m in e ra ln y c h w ko ś c ia c h s zc zu ró w T a b le I I. E ff e c t o f e x p e ri m e n ta l f a c to rs o n t h e c o n te n t o f m in e ra l c o m p o n e n ts i n t h e b o n e s o f r a ts Czynnik doświadczalny F e (mg/g) Mg (mg/g) Ca (mg/g) Nazwa (n) Zawartość (%) min – max Me (Q 1 ; Q 3 ) p min – max Me (Q 1 ; Q3 ) p min – max Me (Q 1 ; Q 3 ) p RS 4 (n=32) 0 0,009 – 0,030 0,015 b 0,0001 1,90 – 3,80 2,79 a 0,2768 101,6 – 188,4 127,9 a 0,7371 (0,014 ; 0,017) (2,61 ; 2,85) (122,4 ; 137,4) 10 0,006 – 0,039 0,010 a 1,51 – 3,52 2,84 a 56,9 – 153,1 129,8 a (0,008; 0,014) (2,64 ; 3,05) (119,6 ; 137,6) Fe (n=32) 50 0,006 – 0,021 0,013 a 0,4684 1,52 – 3,80 2,98 a 0,8614 56,9 – 167,4 123,8 a 0,0135 (0,010 ; 0,015) (2,58 ; 3,02) (126,6 ; 138,7) 100 0,006 – 0,039 0,014 a 2,39 – 3,46 2,80 a 118,0 – 188,4 132,1 b (0,010 ; 0,017) (2,65 ; 2,90) (114,4 ; 137,2) B (n=32) 50 0,006 – 0,039 0,013 0,7883 1,52 – 3,52 2,76 a 0,0833 56,9 – 167,4 125,6 a 0,0484 (0,009 ; 0,017) (2,60 ; 2,87) (117,6 ; 134,5) 100 0,008 – 0,021 0,014 a 1,90 – 3,80 2,84 a 101,9 – 188,4 132,3 b (0,011 ; 0,015) (2,68 ; 3,03) (125,6 ; 139,5) a , b, c – g ru p y j e d n o ro d n e s ts ty s ty c zn ie , t e s t Kr u s k a la -W a li s s a p rz y p ≤ 0 ,0 5 d la w ie lo k ro tn e g o p o ró w n a n ia ś re d n ic h r a n g d la w s z y s tk ic h p ró b
T a b e la I II . W p ły w i n te ra kc ji p o m ię d z y s k ro b ią o p o rn ą ( R S 4 ), ż e la ze m ( F e ) i b ia łk ie m ( B ) n a z a w a rt o ś ć p ie rw ia s tk ó w m in e ra ln y c h w ko ś c ia c h s zc zu ró w T a b le I II . E ff e c t o f i n te ra c ti o n b e tw e e n r e s is ta n t s ta rc h ( R S 4 ), i ro n ( F e ) a n d p ro te in ( B ) o n t h e c o n te n t o f m in e ra l e le m e n ts i n t h e r a t b o n e s Czynnik doświadczalny F e (mg/g) Mg (mg/g) Ca (mg/g) Nazwa (n) Zawartość (%) Nr grupy min – max Me (Q 1; Q 3 ) p min – max Me (Q 1; Q3 ) p min – max Me (Q 1; Q 3 ) p interakcje RS4 × B × F e (n=8) 0 × 100 × 100 I 0,014 – 0,019 0,016 b 0,006 2,60 – 2,89 2,82 a 0,240 126,0 – 188,5 132,3 a 0,084 (0,014 ; 0;017) (2,64 ; 2,85) (128,8 ; 142,1) 0 × 100 × 50 II 0,009 – 0,016 0,014 ab 1,89 – 3,80 2,88 a 101,6 – 167,4 131,3 a (0,012 ; 0;015) (2,80 ; 3,10) (123,8 ; 140,9) 0 × 50 × 100 III 0,012 – 0,030 0,017 b 2,55 – 3,19 2,73 a 118,0 – 167,1 134,0 a (0,014 ; 0;022) (2,61 ; 2,80) (125,8 ; 138,9) 0 × 50 × 50 IV 0,011 – 0,019 0,015 b 2,51 – 2,89 2,70 a 111,5 – 127,0 120,5 a (0,013 ; 0;017) (2,58 ; 2,79) (115,4 ; 123,3) 10 × 100 × 100 Ia 0,008 – 0,015 0,011 ab 2,39 – 3,21 2,82 a 121,0 – 146,8 132,2 a (0,010 ; 0;014) ( 2,70 ; 3,01) (125,4 ; 139,4) 10 × 100 × 50 IIa 0,008 – 0,021 0,012 ab 2,50 – 3,43 3,03 a 112,5 – 146,5 130,4 a (0,011 ; 0;014) (2,67 ; 3,14) (117,7 ; 139,4) 10 × 50 × 100 IIIa 0,006 – 0,039 0,008 a 2,64 – 3,46 2,88 a 119,8 – 153,1 131,2 a (0,007 ; 0;011) (2,76 ; 2,95) (124,6 ; 137,6) 10 × 50 × 50 IV a 0,006 – 0,015 0,010 ab 1,52 – 3,53 2,61 a 56,9 – 149,0 115,2 a (0,008 ; 0;013) ( 2,22 ; 2,88) (106,3 ; 134,7)
T a b e la I V . W p ły w i n te ra kc ji p o m ię d z y : s k ro b ią o p o rn ą ( R S 4 ), ż e la ze m ( F e ) i b ia łk ie m ( B ) n a z a w a rt o ś ć p ie rw ia s tk ó w m in e ra ln y c h w ko ś c ia c h s zc zu ró w T a b le I V . E ff e c t o f i n te ra c ti o n b e tw e e n e x p e ri m e n ta l f a c to rs : r e s is ta n t s ta rc h ( R S 4 ), i ro n ( F e ) a n d p ro te in ( B ) o n t h e c o n te n t o f m in e ra ls i n t h e e x p e ri m e n ta l r a t b o n e s Czynnik F e (mg/g) Mg (mg/g) Ca (mg/g) Nazwa (n) Zawartość (%) min – max Me (Q 1; Q 3 ) p min – max Me (Q 1; Q 3 ) p min – max Me (Q 1; Q 3 ) p interakcje RS4 × Fe (n=16) 0 × 100 0,012 – 0,030 0,016 b 0,0006 2,55 – 3,19 2,79 a 0,5727 118,0 – 188,4 132,2 a 0,0932 (0,014 ; 0;020) (2,61 ; 2,84) (127,4 ; 141,3) 0 × 50 0,009 – 0,019 0,014 ab 1,89 – 2,39 2,80 a 101,6 – 167,4 123,9 a (0,013 ; 0;016) (2,65 ; 2,90) (117,5 ; 132,4) 10 × 100 0,006 – 0,039 0,010 a 2,39 – 3,46 2,85 a 119,8 – 153,1 131,8 a (0,008 ; 0;016) (2,71 ; 3,00) (125,0 ; 138,2) 10 × 50 0,006 – 0,021 0,012 a 1,52 – 3,53 2,78 a 56,87 – 149,0 123,9 a (0,009 ; 0;014) (2,51 ; 3,05) (113,0 ; 137,5) interakcje RS4 × B (n=16) 0 × 100 0,009 – 0,019 0,014 b 0,0008 1,89 – 3,80 2,84 a 0,2174 101,6 – 188,4 132,3 a 0,2160 (0,014 ; 0;016) (2,69 ; 2,90) (127,4 ; 141,3) 0 × 50 0,011 – 0,030 0,015 b 2,51 – 3,19 2,70 a 111,5 – 167,1 123,8 a (0,014 ; 0;019) (2,60 ; 2,80) (119,1 ; 129,7) 10 × 100 0,007 – 0,021 0,012 ab 2,39 – 3,43 2,90 a 112,5 – 146,8 132,2 a (0,010 ; 0;014) (2,67 ; 3,08) (121,0 ; 139,3) 10 × 50 0,006 – 0,039 0,008 a 1,52 – 3,52 2,82 a 56,87 – 153,1 127,3 a (0,008 ; 0;013) (2,61 ; 2,93) (115,5 ; 136,8) interakcje Fe × B (n=16) 100 × 100 0,009 – 0,019 0,014 a 0,8728 2,39 – 3,21 2,82 a 0,0796 121,0 – 188,4 132,3 b 0,0085 (0,014 ; 0;016) (2,64 ; 2,87) (127,4 ; 139,3) 100 × 50 0,008 – 0,021 0,015 a 1,89 – 3,80 2,97 a 101,6 – 167,4 132,2 ab (0,014 ; 0;019) (2,69 ; 3,14) (118,9 ; 139,6) 50 × 100 0,006 – 0,039 0,012 a 2,55 – 3,46 2,80 a 118,0 – 167,4 130,4 ab (0,010 ; 0;014) (2,66 ; 2,90) (125,3 ; 137,6) 50 × 50 0,006 – 0,019 0,008 a 1,52 – 3,52 2,69 a 56,87 – 149,0 117,78 a (0,008 ; 0;013) (2,52 ; 2,82) (113,0 ; 125,5)
T a b e la V . W p ły w c z y n n ikó w d o ś w ia d c z a ln y c h : s k ro b i o p o rn e j ( R S 4 ), ż e la z a ( F e ) i b ia łk a ( B ) n a z a w a rt o ś ć s k ła d n ik ó w m in e ra ln y c h w s ie rś c i s zc zu ró w T a b le V . E ff e c t o f i n te ra c ti o n s b e tw e e n r e s is ta n t s ta rc h ( R S 4 ), i ro n ( F e ) a n d p ro te in ( B ) o n t h e c o n te n t o f m in e ra l c o m p o n e n ts i n t h e f u r o f e x p e ri m e n ta l r a ts Czynnik doświadczalny F e (mg/g) Mg (mg/g) Ca (mg/g) Nazwa (n) Zawartość (%) min – max Me (Q 1; Q 3 ) p min – max Me (Q 1; Q3 ) p min – max Me (Q 1; Q 3 ) p RS 4 (n=32) 0 0,005 – 0,021 0,008 a <0,0001 0,064 – 0,099 0,074 a 0,3612 0,287 – 0,709 0,404 b < 0,0001 (0,006 ; 0,010) (0,070 ; 0,083) (0,381 ; 0,443) 10 0,008 – 0,022 0,012 b 0,053 – 0,109 0,072 a 0,219 – 0,615 0,314 a (0,010 ; 0,013) (0,064; 0,086) (0,269 ; 0,350) Fe (n=32) 50 0,005 – 0,022 0,009 a 0,4127 0,053 – 0,109 0,074 a 0,8773 0,219 – 0,709 0,330 a 0,0050 (0,008 ; 0,013) (0,065; 0,085) (0,270 ; 0,386) 100 0,004 – 0,021 0,011 a 0,058 – 0,103 0,072 a 0,271 – 0,615 0,394 b (0,008 ; 0,011) (0,068; 0,083) (0,329 ; 0,423) B (n=32) 50 0,004 – 0,022 0,010 a 0,3043 0,053 – 0,109 0,076 a 0,2374 0,219 – 0,563 0,325 a 0,0328 (0,008 ; 0,011) (0,064; 0,086) (0,281 ; 0,393) 100 0,005 – 0,021 0,011 a 0,053 – 0,109 0,072 a 0,237 – 0,709 0,387 b (0,008 ; 0,013) (0,064; 0,086) (0,332 ; 0,423)
T a b e la V I. W p ły w i n te ra kc ji s k ro b ią o p o rn ą ( R S 4 ), ż e la ze m ( F e ) i b ia łk ie m ( B ) n a z a w a rt o ś ć p ie rw ia s tk ó w m in e ra ln y c h w s ie rś c i s zc zurów T a b le V I. E ff e c t o f i n te ra c ti o n s b e tw e e n r e s is ta n t s ta rc h ( R S 4 ), i ro n ( F e ) a n d p ro te in ( B ) o n t h e c o n te n t o f m in e ra l c o m p o n e n ts i n t h e e x p e ri m e n ta l r a ts f u r Czynnik doświadczalny F e (mg/g) Mg (mg/g) Ca (mg/g) Nazwa (n) Zawartość (%) Nr grupy min – max Me (Q 1; Q 3 ) p min – max Me (Q 1; Q3 ) p min – max Me (Q 1; Q 3 ) p interakcje RS4 × B × Fe (n=8) 0 × 100 × 100 I 0,007 – 0,021 0,008 abc 0,0001 0,068 – 0,083 0,073 a 0,9259 0,383 – 0,503 0,437 c < 0,0001 (0,007 ; 0;012) (0,071 ; 0;078) (0,405 ; 0;437) 0 × 100 × 50 II 0,005 – 0,009 0,007 a 0,065 – 0,085 0,073 a 0,334 – 0,709 0,415 c (0,006 ; 0;008) (0,069 ; 0;081) (0,382 ; 0;443) 0 × 50 × 100 III 0,007 – 0,012 0,008 ab 0,066 – 0,096 0,076 a 0,288 – 0,563 0,409 c (0,005 ; 0;010) (0,072 ; 0;087) (0,365 ; 0;487) 0 × 50 × 50 IV 0,006 – 0,011 0,008 ab 0,064 – 0,099 0,079 a 0,287 – 0,409 0,383 abc (0,008 ; 0;009) (0,067 ; 0;087) (0,327 ; 0;401) 10 × 100 × 100 Ia 0,011 – 0,017 0,013 c 0,058 – 0,083 0,072 a 0,314 – 0,615 0,393 bc (0,012 ; 0;014) (0,065 ; 0;081) (0,343 ; 0;422) 10 × 100 × 50 IIa 0,010 – 0,014 0,012 bc 0,053 – 0,109 0,070 a 0,237 – 0,353 0,269 ab (0,011 ; 0;012) (0,054 ; 0;089) (0,241 ; 0;329) 10 × 50 × 100 IIIa 0,008 – 0,015 0,010 abc 0,065 – 0,103 0,076 a 0,271 – 0,391 0,317 abc (0,009 ; 0;012) (0,065 ; 0;088) (0,278 ; 0;347) 10 × 50 × 50 IV a 0,008 – 0,022 0,010 abc 0,061 – 0,097 0,073 a 0,219 – 0,314 0,268 a (0,009 ; 0;013) (0,065 ; 0;087) (0,253 ; 0;285)
T a b e la V II . W p ły w i n te ra kc ji p o m ię d z y s k ro b ią o p o rn ą ( R S 4 ), ż e la ze m ( F e ) i b ia łk ie m ( B ) n a z a w a rt o ś ć p ie rw ia s tk ó w m in e ra ln y c h w s ie rś c i s zc zu ró w T a b le V II . E ff e c t o f i n te ra c ti o n b e tw e e n r e s is ta n t s ta rc h ( R S 4 ), i ro n ( F e ) a n d p ro te in ( B ) o n t h e c o n te n t o f m in e ra ls i n t h e e x periment al rat s f u r Czynnik F e (mg/g) Mg (mg/g) Ca (mg/g) Nazwa (n) Zawartość (%) min – max Me (Q 1; Q 3 ) p min – max Me (Q 1; Q 3 ) p min – max Me (Q 1; Q 3 ) p interakcje RS4 × Fe (n=16) 0 × 100 0,008 – 0,019 0,008 <0,0001 0,066 – 0,096 0,073 0,8351 0,288 – 0,563 0,415 < 0,0001 (0,007 ; 0,011) (0,071 ; 0,082) (0,393 ; 0,482) 0 × 50 0,008 – 0,011 0,008 0,064 – 0,099 0,074 0,287 – 0,709 0,388 (0,006 ; 0,008) (0,068 ; 0,084) (0,369 ; 0,413) 10 × 100 0,008 – 0,017 0,012 0,058 – 0,103 0,072 0,271 – 0,615 0,344 (0,010 ; 0,083) (0,065 ; 0,084) (0,314 ; 0,395) 10 × 50 0,008 – 0,022 0,011 0,053 – 0,109 0,073 0,219 – 0,353 0,267 (0,010 ; 0,014) (0,060 ; 0,087) (0,246 ; 0,301) interakcje RS4 × B (n=16) 0 × 100 0,005 – 0,021 0,008 <0,0001 0,065 – 0,085 0,073 0,5238 0,334 – 0,709 0,415 < 0,0001 (0,007 ; 0,009) (0,070 ; 0,081) (0,389 ; 0,443) 0 × 50 0,005 – 0,012 0,008 0,064 – 0,099 0,077 0,287 – 0,563 0,390 (0,006 ; 0,010) (0,070 ; 0,087) (0,335 ; 0,426) 10 × 100 0,010 – 0,017 0,013 0,053 – 0,109 0,072 0,237 – 0,615 0,331 (0,011 ; 0,014) (0,058 ; 0,083) (0,278 ; 0,386) 10 × 50 0,008 – 0,022 0,010 0,061 – 0,103 0,073 0,219 – 0,391 0,280 (0,009 ; 0,013) (0,065 ; 0,088) (0,269 ; 0,315) interakcje Fe × B (n=16) 100 × 100 0,007 – 0,021 0,012 0,2827 0,058 – 0,083 0,072 0,6646 0,334 – 0,709 0,410 0,0054 (0,008 ; 0,014) (0,069 ; 0,081) (0,389 ; 0,443) 100 × 50 0,005 – 0,014 0,010 0,053 – 0,109 0,073 0,287 – 0,563 0,345 (0,007 ; 0,012) (0,063 ; 0,084) (0,335 ; 0,426) 50 × 100 0,005 – 0,015 0,010 0,065 – 0,103 0,076 0,237 – 0,615 0,356 (0,008 ; 0,011) (0,066 ; 0,087) (0,278 ; 0,368) 50 × 50 0,006 – 0,022 0,009 0,061 – 0,099 0,076 0,219 – 0,391 0,297a (0,008 ; 0,010) (0,066 ; 0,087) (0,269 ; 0,315)
Dodatek preparatu skrobi opornej do diet powodował podwyższenie zawartości żelaza w sierści zwierząt doświadczalnych (tab. V). Podobnie jak w przypadku kości, interakcje pomiędzy dwoma czynnikami doświadczalnymi: dodatkiem preparatu skrobi opornej i zróżnicowaną zawartością białka, a także dodatkiem skrobi opornej RS4 i zróżnicowaną zawartością żelaza w diecie powodowały istotne statystycz-nie różnice w zawartości żelaza w sierści zwierząt (tab. VI). Najniższe zawartości pierwiastka – 0,008 mg/g, obserwowano w grupach zwierząt karmionych dietą bez dodatku skrobi opornej RS4. Interakcje pomiędzy trzema czynnikami doświadczal-nymi, dodatkiem preparatu skrobi opornej RS4 oraz zróżnicowaną zawartością biał-ka i żelaza również miała wpływ na zawartość żelaza w sierści (tab. VII). Najniższą zawartością pierwiastka – 0,007 mg/g, odznaczała się grupa zwierząt otrzymująca dietę o 100% zawartości białka, 50% zawartości żelaza bez dodatku skrobi opornej, natomiast najwyższą – 0,013 mg/g, grupa doświadczalna karmiona dietą o 100% zawartości białka, żelaza i z 10% dodatkiem skrobi opornej RS4.
Nie stwierdzono istotnego wpływu zróżnicowanych zawartości żelaza lub białka oraz interakcji pomiędzy tymi dwoma czynnikami doświadczalnymi w diecie na zawartość żelaza w kościach i sierści badanych szczurów. Medeiros i współpr. (19) przeprowadzili badania na szczurach doświadczalnych karmionych dietami z niedo-borem żelaza lub wapnia lub obu tych pierwiastków równocześnie i stwierdzili, że obniżenie poziomu żelaza w diecie spowodowało obniżenie zawartości pierwiastków mineralnych, m.in. żelaza w kościach szczurów doświadczalnych.
W niniejszym doświadczeniu zaobserwowano również, że zarówno dodatek skro-bi opornej RS4, jak i zróżnicowana zawartość skro-białka lub żelaza oraz interakcje po-między tymi czynnikami doświadczalnymi w diecie nie powodowały statystycznie istotnych różnic w zawartości magnezu w kościach i sierści zwierząt.
Lopez i współpr. (3) stwierdzili natomiast, że skrobia oporna RS2 dodawana do diety powodowała zwiększenie zawartości magnezu w kościach zwierząt doświad-czalnych.
W niniejszym doświadczeniu stwierdzono, że dodatek skrobi opornej RS4 oraz interakcje pomiędzy dwoma czynnikami doświadczalnymi, dodatkiem skrobi opor-nej RS4 i zróżnicowaną zawartością białka, a także dodatkiem skrobi oporopor-nej RS4 i zróżnicowaną zawartości żelaza w diecie nie powodowały statystycznie istotnych różnic w zawartości wapnia w kościach zwierząt. Wykazano, że zarówno obniżenie zawartości białka jak i obniżenie zawartości żelaza w diecie powodowało istotne zmniejszenie zawartości wapnia w kościach szczurów doświadczalnych. Na pod-stawie obserwacji skutków interakcji pomiędzy tymi dwoma czynnikami doświad-czalnymi w diecie można stwierdzić, że powodowały one istotne zmiany zawartości wapnia w kościach badanych zwierząt. Najniższą zawartość pierwiastka – 117,8 mg/g oznaczono w grupie szczurów karmionych dietą o obniżonej zawartości białka i żelaza, natomiast najwyższą – 132,3 mg/g w grupie otrzymującej paszę ze 100 % zawartością białka i żelaza.
Medeiros i współpr. (19) stwierdzili, że obniżenie ilości żelaza w diecie nie powo-dowało obniżenia zawartości wapnia w kościach zwierząt doświadczalnych.
W niniejszych badaniach dodatek preparatu skrobi opornej RS4 do diety powo-dował istotne obniżenie zawartości wapnia w sierści zwierząt doświadczalnych. Zaobserwowano również wpływ interakcji pomiędzy dwoma czynnikami
doświad-czalnymi, dodatkiem skrobi opornej RS4 i zróżnicowaną zawartością białka, a także dodatkiem skrobi opornej RS4 i zróżnicowaną zawartością żelaza w diecie na zawar-tość wapnia w sierści szczurów. Najniższe zawartości tego pierwiastka występowały u zwierząt otrzymujących dietę z dodatkiem skrobi opornej, ale o obniżonej zawar-tości żelaza (0,268 mg/g) lub białka (0,280 mg/g), a najwyższe zawarzawar-tości, u zwie-rząt otrzymujących paszę zawierającą 100% białka (0,415 mg/g) lub żelaza (0,415 mg/g) nie zawierającą skrobi. Na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono również, że interakcja pomiędzy trzema czynnikami doświadczalnymi, dodatkiem skrobi opornej RS4 oraz zróżnicowaną zawartością białka i żelaza w dietach miała wpływ na zawartość wapnia w sierści zwierząt. Najniższą zawartość tego pier-wiastka w sierści – 0,268 mg/g, wykazano u zwierząt karmionych dietą z dodatkiem skrobi opornej RS4, o obniżonej zawartości białka i żelaza, natomiast najwyższą zawartość – 0,437 mg/g, u zwierząt otrzymujących dietę zawierającą należne ilości białka i żelaza, bez dodatku skrobi opornej RS4.
W badaniach Grajety i współpr. (5) stwierdzono, że zawartość wapnia w kości udowej szczurów, karmionych dietami z dodatkiem skrobi opornej RS4 była staty-stycznie istotnie wyższa, niż u karmionych dietami bez tej skrobi.
Stwierdzono także, że zarówno obniżenie zawartości białka, jak i obniżenie zawar-tości żelaza w diecie powodowało zmniejszenie zawarzawar-tości wapnia w sierści szczurów doświadczalnych. Stwierdzono również, że interakcja pomiędzy tymi dwoma czynni-kami powodowała statystycznie istotne różnice w zawartości wapnia w sierści zwie-rząt. Najniższą ilość pierwiastka – 0, 297 mg/g, wykazano u zwierząt karmionych dietą zawierającą 50% białka i żelaza, natomiast najwyższą – 0,410 mg/g, u zwierząt otrzymujących paszę zawierającą zarówno 100 % białka jak i żelaza.
T a b e l a VIII. Wpływ czynników doświadczalnych i interakcji pomiędzy nimi na zawartość pierwiastków mine-ralnych w kościach i sierści zwierząt
T a b l e VIII. Effect of experimental factors and their interaction on the content of mineral elements in the bones and fur of animals
Czynnik doświadczalny Zawartość pierwiastka* KOŚCI SIERŚĆ Fe Mg Ca Fe Mg Ca RS4 ↓ ↔ ↔ ↑ ↔ ↓ Fe ↔ ↔ ↓ ↔ ↔ ↓ B ↔ ↔ ↓ ↔ ↔ ↓ INTERAKCJE** RS4 × Fe + – – + – + RS4 × B + – – + – + Fe × B – – + – – + RS4 × Fe × B + – – + – +
** podwyższenie (↑), obniżenie (↓) zawartości pierwiastka w tkankach lub brak wpływu czynnika doświadczal-nego (↔)
W tab. VIII przedstawiono schematycznie efekty działania wszystkich badanych czynników doświadczalnych.
W piśmiennictwie brak jest doniesień o wpływie skrobi opornej, białka i żelaza na zawartość magnezu, wapnia i żelaza w sierści szczurów doświadczalnych.
WNIOSKI
1. Skrobia oporna RS4 dodawana do diet doświadczalnych niezależnie od zawar-tości białka i żelaza spowodowała istotne obniżenie zawarzawar-tości żelaza w kościach oraz podwyższenie zawartości żelaza i obniżenie zawartości wapnia w sierści zwie-rząt doświadczalnych
2. Zawartość magnezu w kościach i sierści szczurów nie zmieniała się niezależnie od składu diet doświadczalnych.
3. Obniżenie zawartości białka lub żelaza w diecie powodowało obniżenie za-wartości wapnia w kościach i sierści zwierząt doświadczalnych.
D. F i g u r s k a-C i u r a, A. G r u s z k a, D. O r z e ł, M. S t y c z y ń s k a, K. Ł o ź n a, J. B i e r n a t, A. G r y s z k i n
THE INFLUENCE OF RS4 RESISTANT STARCH ADDED TO DIETS WITH DIFFERENT PROTEIN AND IRON CONTENT ON MINERALS CONTENT IN BONES AND FUR OF RATS
S u m m a r y
The aim of this study was to investigate the effect of resistant starch RS4 added to diets with different protein and iron contents on iron, calcium and magnesium content in the bones and fur of experimental rats. An experiment was conducted in a group of 64 male Wistar rats, fed experimental diets with different protein and iron content, and with the addition of resistant starch RS4. The determination of the elements in the bones and fur was performed used fl ame absorption or emission atomic spectrometry with wet digestion in a microwave oven. The addition of resistant starch RS4 to the diets with different contents of protein and iron resulted in a signifi cant decrease in iron and calcium in the bones and increase of the iron content in the fur. The RS4 did not affect the magnesium content in examined tissues and caused a reduction in calcium content in the fur of experimental rats. There was also no impact of the added resistant starch RS4 on weight gain in experimental animals.
PIŚMIENNICTWO
1. Nugent A.P.: Health properties of resistant starch. British Nutrition Foundation. Nutr. Bull., 2005; 30: 27-54. – 2. Haralampu S.G.: Resistant starch – a review of the physical properties and biological impact of RS3. Carbohydr. Polym., 2000; 41: 285-292. – 3. Lopez H. W., Levrat-Verny M. A., Coudray C., Besson C., Krespine V., Messager A., Demigne C., Remesy C.: Class 2 resistant starch lower plasma and liver lipids and improve mineral retention in rats. J. Nutr, 2001; 131: 1283-1289. – 4. Leszczyński W.: Resistant starch – classifi cation, structure, production. Pol. J. Food Nutr Sci, 2004; 13 (Supplement 1): 37-50. – 5. Grajeta H., Perscha A., Biernat J.: Wpływ skrobi opornej RS4 na zawartość wapnia w osoczu krwi i kości udowej oraz na jego absorpcję i retencję pozorną u szczurów doświadczalnych. Bromat. Chem. Toksykol., 2007; 40(1): 99-105. – 6. Galiński G., Gawęcki J., Lewandowicz G.: Strawność in vitro skrobi natywnych i modyfi kowanych bez i z dodatkiem środków słodzących. Żywność Nauka Technologia Jakość 2000; 3 (24): 69-77 – 7. Behall K. Howe J.: Contribution of fi ber and resistant starch to metabolizable energy. American Journal of Clinical Nutrition; 1995; 62: 1158-1160. – 8. Bird A.,
Brown I., Topping D.: Starches, resistant starches, the gut microfl ora and human helath. Current Issues in Intestinal Microbiology, 2000; 1: 25-37. – 9. Ferguson L. R., Tasman J., Englyst H.: Comperative ef-fects of three resistant starch preparations on transit time and short – chain fatty acid production in rats. Nutr. J., 2000; 36(2): 230-237. – 10. Soral-Śmietana M., Wronkowska M.: Resistant starch – nutritional and biological activity. Pol. J. Food Nutr. Sci., 2004; 13 (54).
11. Brouns F., Kettlitz B., Arrigoni E.: Resistant starch and “the butyrate revolution”. Trends Food Sci. Technol. 2002; 13: 251–261. – 12. Scholz-Ahrens K. E., Schaafsma G., van den Heuvel E. G. H. M., Schrezenmeir J.: Effect of prebiotics on mineral metabolism. Am. J. Clin. Nutr. 2001; 73: 459S-464S. – 13. Grajeta H.: Wpływ składników pokarmowych na wchłanianie żelaza. Bromat. Chem. Toksykol., 2006; 39(2): 111-119. – 14. Orzeł D., Bronkowska M., Kapelko M, Biernat J.: Wpływ skrobi opornej RS4 w dietach o zróżnicowanej zawartości białka na wybrane wskaźniki biochemiczne krwi szczurów Bromat. Chem. Toksykol., 2013; 46(3): 290-299 – 15. Reeves P. G., Nielsen F.H., Fahey G. C. Jr.: AIN-93 Purifi ed Diets for Laboratory Rodents, Final Report of the American Institute of Nutrition Ad Hoc Writing Com-mittee on the Reformulation of the AIN-76A Rodent Diet. J. Nutr, 1993; 123: 1939-1951. – 16. Trautwein E.A., Forgbert K., Rieckhoff D., Erbersdobler H.F.: Impact of β-cyclodextrin and resistant starch on bile acid metabolism and fecal steroid excretion in regard to their hypolipidemic action in hamsters. Bioch. Biophys. Acta, 1999; 1437: 1-12. – 17. Delahaye E.P., Sequera B., Herrera I.: Plant starches and oils. Their infl uence on digestion in rats. J. Sci. Food. Agricul., 1998; 77: 381-386. – 18. Figurska-Ciura D., Orzeł D., Styczyńska M., Leszczyński W., Żechałko-Czajkowska A.: Wpływ skrobi opornej RS4 na metabolizm szczurów rasy Wistar. Wskaźniki biochemiczne i lipidowe. Roczn. PZH 2007; 58(1): 1-6. – 19. Medeiros D. M., Plattner A., Jennings D., Stoecker B.: Bone Morphology, Strength and Density Are Compromised in Iron-Defi cient Rats and Exacerbated by Calcium Restriction. J Nutr., 2002; 132(10): 3135-3141.
